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GRAVITATIONSBIOLOGIE

Forschung im Weltraum und auf der Erde

"Frühe Prozesse der Schwerkraftwahrnehmung im Modellsystem Chara und in Höheren Pflanzen - Untersuchungen in Mikrogravitation und auf der Erde" gefördert von BMBF durch DLR

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Institut für Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen

 

42. ESA Parabelflugkampagne

7. - 17. März 2006

Bordeaux

Projekt: CHARABOLIX 4

HIER: Link zur aktuellen 8. DLR Kampagne 15.-28.Mai 2006

A300 Parabel

 


 

Charakterisierung von Schwerkraftsensoren
in Höheren Pflanzen

Bilder der Kampagne

14.03.2006 - Flugtag 1: Andrés und Jens sollen es heute richten und unser modifiziertes Experiment-Rack auf seine Flugtauglichkeit testen. Der Tag beginnt mit einiger Aufregung: Ein Streik lässt den kompletten Autoverkehr rund um den Flughafen zusammenbrechen, sodass auch wir im Stau stecken bleiben und mit fast 45 min Verspätung bei Novespace ankommen. Den anderen Gruppen ergeht es aber nicht viel besser. Deshalb wird der Start um eine halbe Stunde verschoben. Dann verläuft der Flugtag aber reibungslos, das Wetter präsentiert sich von seiner besten Seite und unser Rack funktioniert einwandfrei - auch die Videomikroskopie-Einheit, die ihren Jungfernflug absolviert. Da haben Andrés und Jens in der letzten Woche ganze Arbeit geleistet und dürfen nun zur Belohnung die Schwerelosigkeit genießen. Für Jens ist das Parabelfliegen schon fast Routine, aber auch Andrés bleibt auf seinem ersten Parabelflug von 'motion sickness' verschont und freut sich schon auf die nächste Kampagne.

 

Flugtag 1 Jens und Andres Flugtag 1 Jens

Flugtag 1 Andrés

Space Cowboys ... mit neuen Perspektiven ...  und Space-Pen.

 

 

15.03.2006 - Flugtag 2: Noch zeitiger als sonst klingelt heute morgen der Wecker, denn heute wollen wir auf einen möglichen Streik vorbereitet sein und fahren deshalb früher Richtung Flughafen. Natürlich gibt es keinen Stau und wir haben jede Menge Zeit, die besten Proben für den Flug auszuwählen und alle Flugvorbereitungen zu treffen. Zusammen mit einer Vielzahl verschiedener Pflänzchen sind heute Nicole und Markus mit an Bord des Zero-G-Fliegers, der kurz nach dem Start Richtung Atlantik abdreht und dort seine Flugmanöver absolviert. Nachdem wir in der Vorbereitungswoche so unsere Problemchen mit der Anzucht der Keimlinge hatten, zeigen sie sich pünktlich zu den Flugtagen von ihrer besten Seite, so dass wir mehrere Gigabyte Videomaterial und jede Menge Fotos zur Auswertung der Krümmungsreaktionen sammeln können. Und noch dazu machen Nicole und Markus die Erfahrung, dass Mikro-g sogar die ersten Anzeichen einer aufkommenden Erkältung einfach verschwinden lässt.

 

Flugtag 2 Nicole und Markus

Flugtag 2 Nicole

Flugtag 2 Markus
'Schwerst'arbeit in Mikro-g Yoga für AstronautInnen Message in a bottle

 

 

16.03.2006 - Flugtag 3: Aller guten Dinge sind drei ... Und so verläuft auch der letzte Flugtag der 42. ESA-Parabelflugkampagne für unsere Arbeitsgruppe sehr erfolgreich. Eine Anpassung des Flugprofils, die von Flugkapitän Gilles le Barzic aufgrund von Turbulenzen kurzerhand vorgenommen wird, beeinträchtigt unser Experiment nicht. Claudia und Christoph haben alles im Griff und genießen die Leichtigkeit des Seins. Für beide ist es der vorerst letzte Parabelflug. Claudia wechselt für ihre Diplomarbeit ans Forschungszentrum Jülich und Christoph verlässt die AG Gravitationsbiologie Richtung Norden, wo er eine Postdoc-Stelle an der Universität Uppsala antritt. Die Forschung in  Schwerelosigkeit an der Uni Bonn geht aber unvermindert weiter. Schon in zwei Wochen wird Prof. Volkmann mit seinen Mitarbeitern bei der 43. ESA-Kampagne versuchen, dem Geheimnis des Gravitropismus ein Stück näher zu kommen. Im Mai ist dann auch unsere Arbeitsgruppe wieder voll im Einsatz: zunächst bei der TEXUS 43-Kampagne der ESA in Kiruna, Schweden, und kurze Zeit später bei der 8. DLR Parabelflugkampagne, die wieder einmal vom Flughafen Köln/Bonn aus starten wird. Es gibt also viel zu tun ...

 

Flugtag 3 Claudia und Christoph

Flugtag 3 Claudia

Flugtag 3 Christoph

Ein leerer Magen schwebt nicht gern Verkehrte Welt! 'Stay Zen!'

 

 

Wissenschaftliche Zielsetzung

Um die optimale Ausrichtung ihrer Organe zu kontrollieren und unerwünschte Lageveränderungen wahrnehmen und korrigieren zu können, bedienen sich Pflanzen des einzig konstanten Umweltparameters, der Schwerkraft. Das Schwerkraft-orientierte Wachstum (Gravitropismus) ist ein überlebenswichtiger Mechanismus, der dafür sorgt, dass Wurzeln in den Boden wachsen, um die Pflanze mir Wasser und Mineralstoffen zu versorgen und dass Sprosse entgegen der Schwerkraft zum Licht wachsen, um durch Photosynthese energiereiche Moleküle zu produzieren. Ebenso richten sich Getreidehalme, die durch Sturm niedergedrückt wurden, durch einen Schwerkraft-orientierten Prozess wieder auf, so dass die Frucht nicht auf der feuchten Erde verfault.

Zentrales Element der Schwerkraftwahrnehmung ist der Schwerkraft-Rezeptor, der in spezialisierten Zellen einen physikalischen Stimulus (die Schwerkraft-orientierte Sedimentation schwerer Partikel, sog. Statolithen) in ein physiologisches Signal umwandelt, das schließlich zur Umorientierung der Wachstumsrichtung führt. Zwar ist die molekulare Natur des Rezeptors noch unbekannt, doch der Funktions- und Aktivierungsmechanismus des Rezeptormoleküls lässt sich mit Parabelflugexperimenten gut untersuchen. Das Beschleunigungsprofil des Parabelflugs bietet die denkbar besten Bedingungen für Untersuchungen, die zeigen werden, ob es sich bei dem Schwerkraftrezeptor der Höheren Pflanzen um eine Art von Mechanorezeptor handelt, der wie ein Druckschalter funktioniert und durch das Gewicht der Statolithen oder durch Statolithen-vermittelten Zug aktiviert wird,  oder ob ein Kontakt mit den Statolithen über molekulare, physiologische oder elektrische Wechselwirkungen den Rezeptor aktiviert (Kontaktrezeptor). Das Experiment wird zeigen, ob Statolithen, die während der kurzen Mikrogravitationsphasen von jeweils 22s schwerelos sind, die Schwerkraftrezeptoren weiterhin aktivieren oder nicht. Durch den Einsatz hochauflösender Videomikroskopie soll zudem der Schwerkrafteinfluss auf die Wachstumsreaktionen untersucht werden.

Pictogramm Gravitropismus

Experimentbeschreibung

Primärwurzeln und Sprosse von verschiedenen Pflanzenkeimlingen (Arabidopsis, Kresse, Reis) werden während des 2-stündigen Parabelfluges des Airbus A300 Zero-G durch Horizontallagerung gravistimuliert und erfahren in dieser Orientierung die alternierenden Phasen von Hypergravitation, Mikrogravitation und normalen 1g-Bedingungen. Die Krümmungswinkel der Flugproben werden verglichen mit den Krümmungswinkeln von Kontroll-Proben, die während der Mikrogravitationsphasen auf der Referenz-Zentrifuge des Experiment-Racks mit 1g zentrifugiert werden, ansonsten aber die gleichen Flugbedingungen (Hyper-g und 1g) erfahren. Fallen die Krümmungsreaktionen bei Flugproben deutlich geringer aus, so deutet dies auf einen klassischen Mechanorezeptor hin, der deaktiviert wird, wenn die Statolithen während der Mikrogravitationsphasen kurzzeitig schwerelos sind und keinen Druck auf den Rezeptor ausüben. Sehr ähnliche Krümmungsreaktionen sprechen dagegen für einen Kontaktrezeptor, dessen Aktivierung auf dem Kontakt mit der Statolithenoberfläche, nicht aber auf dem Gewicht der sedimentierten Statolithen beruht.

Durch hochauflösende Videomikroskopie und digitale Bildauswertung wird in Kooperation mit dem Forschungszentrum Jülich erstmals auch die Wachstumskinetik der Schwerkraftantwort (Graviresponse) von Arabidopsis-Wurzeln während der verschiedenen Beschleunigungsphasen des Parabelfluges in hoher zeitlicher Auflösung analysiert.

 Experiment-Rack

(CHARABOLIX 4)

Rack Frontansicht

Frontansicht

Rack Skizze Frontansicht

Skizze Frontansicht

 

 

 Wir danken der Firma

HoKa Lüftungsformteile GmbH, Hennef 

für die freundliche und großzügige Unterstützung unseres Projektes !!!